(57)【要約】  アルミニウム合金軸受は、１．０〜１０．０重量％のＳｉを含んでＳｉ粒子が分散する。このアルミニウム合金軸受において、Ｓｉ粒子の（１１１）面の回折強度比が０．６以上であることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１．０〜１０．０重量％のＳｉを含んでＳｉ粒子が分散するアルミニウム合金軸受において、
前記Ｓｉ粒子の（１１１）面の回折強度比が０．６以上であることを特徴とするアルミニウム合金軸受。
【請求項２】
前記アルミニウム合金軸受は、軸受表面、および厚さ方向で前記軸受表面よりも深い位置の軸受内部を有し、
前記軸受表面における前記Ｓｉ粒子の（１１１）面の回折強度と、前記軸受内部における前記Ｓｉ粒子の（１１１）面の回折強度との比Ｄｒは、
０．８≦Ｄｒ≦１．２
であることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金軸受。
【請求項３】
前記アルミニウム合金軸受は、下記の（ア）〜（ウ）のうち、いずれか一つ以上を含有することを特徴とする請求項１または２記載のアルミニウム合金軸受。
（ア）Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｇのうちから選択された１種以上を総量で０．１〜７．０重量％。
（イ）Ｍｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｗのうちから選択された１種以上を総量で０．０１〜３．０重量％。
（ウ）Ｂ、Ｔｉ、Ｚｒのうちから選択された１種以上を総量で０．０１〜２．０重量％。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐摩耗性を有しつつも耐焼付性に優れたアルミニウム合金軸受に係り、内燃機関用のエンジン軸受として良好なアルミニウム合金軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関用のエンジン軸受には、耐摩耗性や耐焼付性が要求されており、これらの要求を満たすために、裏金層とアルミニウム軸受合金層との間に中間層を設けたアルミニウム合金軸受が用いられている。このアルミニウム軸受合金層として、例えば、特開２００３−１１９５３０号公報（特許文献１）には、Ａｌマトリックス中に小さなＳｉ粒子と大きなＳｉ粒子とを適度な比率で混在させて耐疲労性を向上させながら、耐摩耗性も向上し得るＳｉ粒子含有アルミニウム合金軸受（Ａｌ−Ｓｎ−Ｓｉ軸受合金）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１１９５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示される技術は、Ｓｉ粒子の大きさに着目して、耐疲労性及び耐摩耗性を向上させるものであった。しかしながら、昨今の厳しい使用環境下においては、組付けのミスアライメントや、軽量化及びコンパクト化によるハウジングの剛性不足により、軸受が変形してしまうことがしばしばあった。そのような場合、軸と接触する頻度が高くなり、発熱することにより軸受材料強度が低下し、クラックが生じ、油膜切れが発生して遂には焼付に至ってしまうおそれがある。【０００５】
本発明は、上記した事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、材料強度の低下によるクラック発生を防ぐことで油膜切れを回避し、良好な耐焼付性を有するアルミニウム合金軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するために、請求項１に係る発明は、１．０〜１０．０重量％のＳｉを含んでＳｉ粒子が分散するアルミニウム合金軸受において、前記Ｓｉ粒子の（１１１）面の回折強度比が０．６以上であることを特徴とする。【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のアルミニウム合金軸受において、そのアルミニウム合金軸受が、軸受表面、および厚さ方向で前記軸受表面よりも深い位置の軸受内部を有し、前記軸受表面における前記Ｓｉ粒子の（１１１）面の回折強度と、前記軸受内部における前記Ｓｉ粒子の（１１１）面の回折強度との比Ｄｒは、０．８≦Ｄｒ≦１．２であることを特徴とする。【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載のアルミニウム合金軸受において、下記の（ア）〜（ウ）のうち、いずれか一つ以上を含有することを特徴とする。
（ア）Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｇのうちから選択された１種以上を総量で０．１〜７．０重量％。【０００９】
（イ）Ｍｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｗのうちから選択された１種以上を総量で０．０１〜３．０重量％。
（ウ）Ｂ、Ｔｉ、Ｚｒのうちから選択された１種以上を総量で０．０１〜２．０重量％。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明においては、結晶方位をミラー指数で表したＳｉ粒子の（１１１）面の回折強度比が０．６以上とすることにより、良好な耐焼付性を得ることができた。これは、耐摩耗性を確保しつつ、焼付きを防止するためには、摩擦係数を低減させて摩擦熱を減少させることで材料強度の低下によるクラック発生を防ぎ、もって油膜切れを回避することができると考えられるところ、Ｓｉ粒子の結晶方位の適正化、即ちＳｉ粒子の（１１１）面の回折強度比が高ければ摩擦係数が低減でき、Ｓｉ粒子と軸との接触に起因する摩擦による発熱を減少させることで強度低下によるクラック発生を防ぎ、油膜切れを回避して耐焼付性の向上を図ることができるからである。【００１１】
ここで、Ｓｉ粒子の（１１１）面の回折強度比は、
（１１１）面のＸ線回折のピーク強度＝Ｐ１
（２２０）面のＸ線回折のピーク強度＝Ｐ２
（３１１）面のＸ線回折のピーク強度＝Ｐ３
（３３１）面のＸ線回折のピーク強度＝Ｐ４
とした場合に、
（１１１）面の回折強度比＝Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４）
であらわされる。他のピーク強度［（４００）面、（５１１）面、（４４０）面等］は、ピーク強度が低く、バックグラウンドに重なってしまい誤差が大きいので含めていない。【００１２】
ところで、Ｓｉ粒子が分散するアルミニウム合金に圧延を施すと、Ａｌマトリックス中に分散しているＳｉ粒子に応力がかかる。本発明者らはそこに着目し、後記製造方法をも見出した。Ｓｉ粒子の（１１１）面の回折強度比が０．６以上とする方法として、例えば、連続鋳造法により初期ビレットのＡｌマトリックスの結晶粒サイズを３０〜５０μｍとしたものに、結晶粒を消滅させる圧延を施すことによって、実現できることを見出した。なお、必ずしも連続鋳造法に限らず、結晶粒サイズ３０〜５０μｍのものが製造できる方法であれば周知の他の方法を採用してもよい。結晶粒の消滅は、結晶粒界が過密となって断面エッチング組織上で結晶粒界を確認することができないことを意味する。【００１３】
一方、Ｓｉ粒子が（１１１）面にへき開面を有している。そのため、前記圧延を施すとＳｉ粒子に応力が加わるとＳｉの（１１１）面が効率良く増加すると考えられる。そして、Ｓｉ粒子自身の硬さは、１０００ＨＶ程度と非常に硬く且つへき開面の粗さはその後に完成される製品の表面粗さよりも十分平滑であるため、摩擦係数が低くなり、このため、摩擦熱が低減され、材料強度の低下によるクラック発生を防ぎ、もって油膜切れを回避することができる。【００１４】
なお、Ｓｉ粒子の（１１１）面の回折強度比が０．６未満であると、前述した特許文献１に開示されるＳｉ粒子を含むアルミニウム軸受合金の奏する軸のラッピング効果や耐摩耗性向上の効果を得ることができるものの、摩擦熱の低減効果は極めて低い。【００１５】
また、請求項２に係る発明においては、軸受表面におけるＳｉ粒子の（１１１）面の回折強度と、軸受内部におけるＳｉ粒子の（１１１）面の回折強度との比Ｄｒは、０．８≦Ｄｒ≦１．２に規定している。【００１６】
アルミニウム合金軸受は、継続的な使用によって変形が繰り返される。そして、軸受表面と軸受内部とで内部応力の差が大きいと、それらの間で大きな相対的内部応力が発生して歪エネルギが集中することになる。そこに変形による歪エネルギが加わって、アルミニウム合金軸受の耐えられる限界を越えると、アルミニウム合金軸受におけるクラックの要因となる。一方、アルミニウム合金軸受を可能な限り厚さ方向に垂直な方向の長さの変化量を小さくする状態に圧延することにより、軸受表面と軸受内部との内部応力の差は減少する。【００１７】
すなわち、アルミニウム合金軸受は、軸受表面と軸受内部とで変化量の差が小さい状態に圧延することにより、クラックの発生が回避され、焼付に対する耐久性が向上する。軸受性能上、特に、厚さ方向中央より相手部材に摺動させる面側において、軸受表面と軸受内部とで変化量の差を小さくすることが好ましい。軸受内部の位置は、アルミニウム合金軸受の厚さ方向略中央位置に設定することができる。変化量の差が小さい状態に圧延されているとき、軸受表面におけるＳｉ粒子の（１１１）面の回折強度と、軸受内部におけるＳｉ粒子の（１１１）面の回折強度との比Ｄｒは、１に近い値となる。そこで、この回折強度の比Ｄｒが０．８≦Ｄｒ≦１．２であれば、変化量の差が小さい状態で圧延されたこととなり、軸受表面と軸受内部とで内部応力の差は小さくなる。したがって、この回折強度の比Ｄｒを規定することにより、焼付に対する耐久性、即ち耐焼付性を高めることができる。【００１８】
アルミニウム合金軸受は、高い軸受性能を発揮するために、鋼裏金、場合によっては他の部材をも積層した形態とすることができる。アルミニウム合金軸受がそのような複合材料からなる場合に、特に後記製造方法が有効である。【００１９】
回折強度の比Ｄｒを制御するためには、例えば圧延ロールの上側ロールと下側ロールとの速度が異なる異周速ロールを用いることができる。また、アルミニウム合金軸受となる部材やロールの表面の粗さを調整することにより摩擦係数を制御して圧延してもよい。このように異周速ロールを用いたり、表面の粗さを調整したりすることにより、変化量を制御してアルミニウム合金軸受へ与える内部応力を制御できる。そのため、そのような圧延によって、Ｓｉ粒子に適切に応力を加えることができるのみならず、アルミニウム合金軸受の軸受表面と軸受内部との内部応力の差を小さくすることができる。【００２０】
さらに、請求項３に記載される発明のように、各種の金属元素を包含させることにより、Ａｌマトリックスの強度及び耐熱性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】摩耗試験の条件を示す概略図
【図２】焼付試験の条件を示す概略図
【図３】実施例品および比較例品の試験結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本実施形態に係るアルミニウム合金軸受１を以下に説明する手順で作製した。まず、連続鋳造機によって初期ビレットのＡｌマトリックスの結晶粒サイズを３０〜５０μｍに製造した。その後、所定の厚さとなるまで圧延を繰り返し、この伸び比を２〜８倍とする圧延工程で結晶粒を１回以上消滅させてアルミニウム軸受合金板を得た。また、圧延工程において、圧延ロールの上ロールと下ロールを異なる速度、例えば下ロールを上ロールの２％増速にして圧延すること、及び／又は材料表面を粗くすることで摩擦係数を高くしながら圧延することで、表面近傍と内部の所定位置との内部応力の差を小さくさせながらもアルミニウム軸受合金板に内部応力をより多く与えた。その結果、アルミニウム軸受合金板に内部歪をより多く与えることができ、より効率良く結晶粒を消滅させることができた。なお、圧延工程の途中で割れ抑制のための歪除去の焼鈍処理を行ってもよい。
【００２３】
上記のように所定の厚さまで圧延されたアルミニウム軸受合金板を鋼裏金に圧接してバイメタルを製造する。この際、接着層となるアルミニウム板をアルミニウム軸受合金板と鋼裏金との間に介挿させて圧接してもよい。そして、圧接後に接着力を高めるため及び歪除去のための焼鈍処理を行い、必要に応じてアルミニウム軸受合金板を強化するための溶体化処理等の熱処理を行ってもよい。また、バイメタルに圧延を行ってもよい。上記のように製造したバイメタルを半円筒状に加工し、半割軸受とした。
【００２４】
製造した半割軸受を用いてＸ線回折によりＳｉ粒子のピーク強度を測定した。そして、このように測定した半割軸受の図１に示す試験条件で摩耗試験を行い、図２で示す試験条件で焼付試験を行った。摩耗試験は、起動停止を行って軸との接触を積極的に行うことで、摩耗量（μｍ）を測定し、耐摩耗性を評価するものである。また、焼付試験は、軸受内面に荷重を付加し、所定の試験時間で焼付かない最大面圧（ＭＰａ）を耐焼付性として評価するものである。
【００２５】
しかして、出願人が上記の摩耗試験及び焼付試験を行ったところ、Ｓｉ粒子の（１１１）面の回折強度比が０．６以上の半割軸受では、十分満足できる耐摩耗性と耐焼付性を有するものであることが確認でき、また、請求項２に示す比Ｄｒを満たす半割軸受においても、十分満足できる耐摩耗性と耐焼付性を有するものであることが確認でき、また、請求項３に示す金属元素を含んだ半割軸受においても、十分満足できる耐摩耗性と耐焼付性を有するものであることが確認できた。
【００２６】
一方、Ｓｉ粒子の（１１１）面の回折強度比が０．６未満の半割軸受では、耐摩耗性では満足できるものもあるが、耐焼付性が劣ることが確認された。
具体的な評価の結果を図３に基づいて説明する。
【００２７】
実施例品１〜７は、前述したように作製して準備した。比較例品１は、結晶粒を消滅させない従来の圧延工程を用いて同様に準備した。
まず、Ｓｉ粒子の（１１１）面の回折強度比が耐摩耗性及び耐焼付性に与える影響を検討するために実施例品７と比較例品１とを対比する。実施例品７は、Ｓｉ粒子の（１１１）面の回折強度比が０．６２である。この実施例品７は、摩耗量１４μｍであり、焼き付かない最大面圧が９０ＭＰａであった。これに対し、比較例品１は、Ｓｉ粒子の（１１１）面の回折強度比が０．５３である。なお、標準試料の場合、Ｓｉ粒子の（１１１）面の回折強度比は０．５１であり、比較例品１に近い。この比較例品１は、摩耗量が１８μｍであり、焼き付かない最大面圧が７０ＭＰａであった。この実施例品７と比較例品１との対比から、誤差を考慮してＳｉ粒子の（１１１）面の回折強度比が０．６以上であると、耐摩耗性及び耐焼付性がいずれも向上することがわかる。このように、Ｓｉ粒子の（１１１）面の回折強度比が０．６以上である実施例品１から７は、いずれも比較例品１に比較して耐摩耗性及び耐焼付性が向上することが確認できた。
【００２８】
Ｓｉ粒子の（１１１）面の回折強度比が０．７以上であると特に耐摩耗性に対して好ましいことも確認できた。
次に、回折強度の比Ｄｒが耐焼付性に与える影響を検討するために実施例品６と実施例品７とを対比する。実施例品６は、軸受表面におけるＳｉ粒子の（１１１）面の回折強度と、軸受内部におけるＳｉ粒子の（１１１）面の回折強度との比ＤｒがＤｒ＝１．１９である。この実施例品６は、焼き付かない最大面圧が１００ＭＰａである。これに対し、実施例品７は、この回折強度の比ＤｒがＤｒ＝１．２１である。この実施例品７は、焼き付かない最大面圧が９０ＭＰａである。この実施例品６と実施例品７との対比から、回折強度の比Ｄｒが１．２以下であると、耐焼付性が向上することがわかる。
【００２９】
ここで、図３の場合、回折強度の比Ｄｒは、Ｄｒ＝｛軸受表面におけるＳｉ粒子の（１１１）面の回折強度／軸受内部におけるＳｉ粒子の（１１１）面の回折強度｝として算出している。
【００３０】
このように、回折強度の比Ｄｒを０．８≦Ｄｒ≦１．２に規定することにより、耐焼付性が向上することが確認できた。図３から、Ｄｒは１．００以上１．１９以下であることがより好ましいことも確認できる。
【００３１】
さらに、各種の金属元素を包含させることにより、Ａｌマトリックスの強度及び耐熱性の向上を図ることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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